Kejuruteraan Genetik - Teknologi Manipulasi DNA

Kejuruteraan genetik adalah teknologi pemindahan segmen-segmen DNA yang membawa maklumat genetik daripada DNA sesuatu organisma kepada DNA organisma sasaran yang lain. Dalam erti kata lain, gen (atau gen-gen) bagi ciri yang dikehendaki dikeluarkan daripada satu spesies organisma hidup dan dimasukkan kedalam organisma lain.Teknologi ini juga dikenali sebagai teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology) kerana gen yang terdiri daripada urutan DNA tertentu diasingkan dan digabung semula dengan DNA organisma lain.

Teknologi ini membolehkan manusia memindahkan sesuatu maklumat genetik yang berguna daripada sesuatu spesies organisma kepada spesies organima lain. Perkara ini tidak dapat dilakukan dengan teknik pembiakan. Kejuruteraan genetik membolehkan gen daripada tumbuhan dipindahkan kepada haiwan dan manusia dan juga sebaliknya. Berikut adalah contoh kelebihan teknologi ini.

Penyakit boleh dikesan dan dielakkan dengan lebih awal samada pada manusia/tumbuhan/haiwan yang boleh terdedah kepada penyakit keturunan. Penyakit yang berjangkit juga boleh diatasi dengan memindahkan gen yang mengkodkan protein antiviral dan menghasilkan antigen yang spesifik Haiwan dan tumbuhan boleh 'diubahsuai' dengan ciri-ciri yang lebih baik. Contohnya manipulasi gen pada pokok dengan meningkatkan kadar penyerapan gas karbon dioksida (CO2) bagi mengurangkan kesan rumah hijau.

Melalui kejuruteraan genetik, manusia juga dapat menghasilkan tanaman yang tahan terhadap haiwan perosak dan tahan terhadap pelbagai jenis gangguan iklim dan malapetaka.


Virus

Contoh-contoh kegunaan kejuruteraan genetik yang lain adalah:

- Penghasilan hormon insulin.
- Penghasilan kacang soya yang tahan terhadap penggunaan herbisid.
- Penghasilan buah tomato yang tahap pemasakannya telah dilambatkan.
-Penghasilan tumbuhan jagung dan kapas yang tahan terhadap haiwan perosak. Ini dilakukan dengan memindahkan gen daripada sejenis bakteria (Bacillus thuringiensis) kedalam tumbuhan tersebut.

Bagi memahami peranan kromosom dan DNA khususnya, ia melibatkan pemetaan DNA bagi tujuan penyimpanan maklumat dan rujukan. Sebagai contoh, kromosom organisma seperti lalat buah (Drosophila) telah dilakukan pemetaan. Pada masa kini, Projek Genom Manusia sedang dilaksanakan dimana usaha sedang dibuat untuk menjujukkan keseluruhan genom manusia.

Apakah Teknologi DNA Rekombinan?

DNA Rekombinan dan Pengklonan Gen DNA rekombinan adalah DNA dihasilkan secara tiruan. DNA daripada dua atau lebih organisma dimasukkan kedalam satu molekul rekombinan.

Pengenalan Kepada Rekombinan DNA

- DNA daripada kedua-dua sumber ditindakkan dengan enzim penyekatan yang sama (contohnya BamHI).
- BamHI memotong kedua-dua molekul pada tapak 5' GGATCC 3' 3' CCTAGG 5'.
- Hujung DNA yang dipotong akan menghasilkan 'hujung melekit' kerana kewujudan DNA yang tidak berpasangan, ini akan menyebabkan pengikatan dengan sebarang pasangan pada DNA boleh berlaku.
- DNA ligase berfungsi untuk melekatkan dua molekul secara kovalen bagi menghasilkan molekul DNArekombinan.





Untuk menjadikannya berguna, molekul rekombinan ini akan digandakan bagi tujuan analisis, penjujukan dan sebagainya. Menghasilkan salinan molekul rekombinan yang sama dikenali sebagai pengklonan. Pengklonan boleh dijalankan secara in vitro, menggunakan proses yang dikenali sebagai tindakbalas rantai polimerase (PCR). Dalam bahagian ini, kita akan meninjau bagaimana pengklonan di lakukan secara in vitro. Pengklonan boleh dijalankan dalam organisma prokariot seperti E. coli. Organisma eukariot seperti yis. Di dalam sel mamalia yang dikulturkan.

Dalam kes ini, DNA rekombinan haruslah dimasukkan kedalam sel dimana ia akan disalin melalui replikasi dan diekspreskan. Ini boleh dilakukan dengan memasukkan DNA kedalam vektor. Terdapat sebilangan virus (samada mamalia atau bakteria) boleh juga digunakan sebagai vektor. Dalam kes ini, kita akan lihat pengklonan menggunakan E. coli sebagai hos dan palsmid sebagai vektor.

Plasmid

Plasmid adalah molekul DNA yang dijumpai dalam bakteria dan wujud secara berasingan daripada kromosom bakteria. Plasmid mempunyai cirri berikut:

Bersaiz kecil (terdiri daripada beberapa ribu pasangan bes)
Biasanya membawa satu atau lebih gen
Berbentuk bulat
Mempunyai pusat kawalan replikasi
Plasmid mengalami replikasi sebagaimana kromosom bakteria mengalami replikasi. Kadar penyalinan replikasi plasmid boleh mengalami kadar replikasi yang serupa dengan kromosom bakteria. Terdapat plasmid yang kadar penyalinannya tinggi dan ada juga sebaliknya.
Gen yang terdapat dalam plasmid boleh diekspreskan pada tahap yang tinggi. Dalam keadaan semulajadi, gen menkodkan protein yang melindungi bakteria daripada satu atau lebih antibiotik.

Contoh-contoh plasmid

pAMP

Bersaiz 4539 bp
Mempunyai satu pusat kawalan replikasi
Membawa gen kerintangan antbiotik terhadap ampisilin (ampr)
Tidak mempunyai jujukan yang berulang-ulang

5' GGATCC 3'
3' CCTAGG 5'

Pencernaan pAMP dengan enzim BamHI dan HindIII akan menghasilkan:

Suatu fragmen bersaiz 3755 pasangan bes membawa gen kerintangan ampisilin dan pusat kawalan replikasi
satu lagi fragmen bersaiz 784 pasangan bes
kedua-dua hujung fragmen mempunyai hujung yang melekit
pKAN

Bersaiz 4207 pasangan bes
hanya mempunyai satu pusat kawalan replikasi
membawa kerintangan terhadapa gen kanamisin (kanr)
mempunyai satu tapak untuk tindakan enzim BamHI
mempunyai satu tapak untuk tindakan enzim HindIII
Pencernaan pKAN dengan enzim BamHI dan HindIII akan menghasilkan:

Bersaiz 2332 pasangan bes
Suatu fragmen bersaiz 1875 pasangan bes membawa gen kerintangan kanamisin (tetapi tidak mempunyai pusat kawalan replikasi)
kedua-dua hujung fragmen mempunyai hujung yang melekit
Fragmen boleh dianalisis dengan menggunakan teknik elektroforesis gel agaros. Oleh kerana DNA adalah bercas negatif disebabkan mempunyai kumpulan fosfat, maka DNA akan bergerak ke arah elektrod positif (anod) apabila arus elektrik dialirkan. Fragmen yang bersaiz kecil bergerak lebih pantas dan jauh.

Elektroforesis

Antara Produk Aplikasi DNA Rekombinan Yang Digunakan Dalam Terapi Penyakit

insulin - diabetis
factor VIII - penghidap penyakit hemofilia A
factor IX - hemofilia B
human growth hormone - hormon pertumbuhan manusia (GH)
erythropoietin (EPO)- untuk mengawal anemia
granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) - untuk merangsangkan penghasilan sum-sum tulang selepas pemindahannya
tissue plasminogen activator (TPA)- untuk melarutkan darah yang telah beku dalam badan.